钕铁硼永磁电机永磁体涡流发热退磁研究

为了研究永磁体涡流损耗发热对永磁体磁性的影响,应用有限元分析软件对一台发生退磁的500 kW永磁同步电动机的永磁体进行涡流损耗分析.在600 kW永磁同步电机的研制过程中,采取了一些结构改进措施,并对样机永磁体进行了涡流损耗分析和稳态温度场计算.仿真结果表明,涡流损耗发热会导致永磁体退磁,而采取的结构改进措施能够有效减小涡流损耗.样机实验结果表明,新结构永磁同步电动机运行可靠,可为相关电机的设计提供经验.     

1000MW水轮发电机不对称运行时阻尼条涡流损耗计算分析

针对大型水轮发电机不对称运行时阻尼条易熔断的现象,在建立电机二维电磁场-电路-运动耦合时步有限元模型的基础上,对一台1000MW水轮发电机不对称运行时阻尼条涡流损耗进行深入研究.全面考虑了定子开槽、磁极转动以及定子电流等因素对阻尼条涡流损耗的影响,准确计算出不同运行工况下一个磁极内各根阻尼条涡流损耗,分析其变化规律,并在此基础上讨论了阻尼系统连接方式、阻尼条半径、阻尼条材料对阻尼条涡流损耗的影响.研究结果表明,不对称运行时,沿旋转方向最后一根阻尼条涡流损耗最大,阻尼系统结构参数对阻尼条中涡流损耗分布有较大影响.     

转子结构对高速无刷电机转子涡流损耗的影响

针对转子涡流损耗在高速电机中比较严重的问题,通过有限元分析研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响.分析表明：当永磁体周向宽度小于谐波磁场在永磁体中的透入深度时,永磁体分块能有效地减小永磁体中的涡流损耗;反之,永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加.利用涡流磁场的屏蔽作用,在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜片.尽管铜片中会产生涡流损耗,但该涡流产生的磁场抵消了气隙磁场的谐波分量,使永磁体、转子铁心以及保护环中的损耗显著减小,整体上降低了转子涡流损耗.     

12kV开关柜内部构件的涡流损耗研究

在大电流开关柜运行时,涡流损耗所产生的发热现象严重.为研究开关柜中的涡流损耗,首先推导涡流损耗的计算方法,然后借助SolidWorks三维画图软件,根据图纸和现场测量建立开关柜磁场的简化计算模型.其次通过有限元仿真计算软件,分别计算母排在交直流加载条件下的损耗,指出集肤效应和邻近效应对母排发热的影响,并对整个开关柜进行涡流场仿真计算,得到整个柜体的涡流损耗.最后根据计算结果提出优化建议.研究发现,开关柜柜体涡流损耗很大,总值达到3831.66 W,在开关柜的温升计算中是不可忽略的.     

变压器磁-热耦合计算与局部过热屏蔽措施

针对大型电力变压器涡流损耗及局部过热问题,采用三维有限元涡流场计算得出变压器油箱及夹件的涡流损耗及其分布,进一步采用磁-热耦合方法计算出油箱和夹件温度场分布以及热点温度.在此基础上,分析局部过热问题,找出最热点并采取相应磁屏蔽来降低油箱和夹件涡流损耗及热温升,分析了磁屏蔽结构尺寸对油箱及夹件涡流损耗和最热点温度的影响.采取磁屏蔽措施后,油箱和夹件涡流损耗及热点温度明显降低,有效防止了局部过热现象,为电力变压器的优化设计提供了参考依据.     

叠堆结构对超磁致伸缩材料涡流损耗影响的研究

针对超磁致伸缩材料中的涡流损耗与集肤效应对材料性能的影响,研究叠堆结构对Terfenol-D棒状材料的涡流抑制作用。基于经典的Maxwell方程组所构建的叠堆结构棒状Terfenol-D的涡流损耗模型,结合材料自身特性,研究切片厚度与环氧树脂黏贴厚度等叠堆结构参数对材料涡流损耗的影响。基于ANSYS平台进行了仿真实验,结果显示,在使用8×50 mm的Terfenol-D棒的情况下,切片数为5、黏贴厚度为0.1 mm的设计方案可有效抑制叠堆结构超磁致伸缩材料的涡流损耗效应。     

模拟低磁钢板三维涡流损耗的模型试验与分析

在模拟三维杂散损耗的第２１国际基准问题的基础上，提出并建立了以模拟大型变压器铁心低磁钢拉板为背景的三维涡流损耗模型。对该模型低磁钢板及线圈的磁通密度和涡流损耗进行了试验与计算分析，得到了一些有价值的试验和分析结果，为磁场计算和三维涡流损耗分析方法提供了验证手段。     

大型变压器线圈涡流损耗的有限元计算

采用线性轴对称正弦稳态场的有限元法对变压器线圈的涡流损耗进行了研究,并对实际产品进行了计算。编制了适用于任意计算场域的自动剖分程序,正弦稳态场的计算程序,涡流损耗的计算程序。     

从电机设计的角度减少高速永磁电机转子损耗

高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗主要是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的.转子涡流损耗使电机的效率下降并能引起转子永磁体的退磁.从电机设计的角度，采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子损耗的影响.利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算高速电机转子损耗，并对解析计算结果通过有限元仿真加以验证.结果表明，3槽集中绕组结构中含有2次、4次等偶次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗.定子结构对高速电机转子涡流损耗影响很大，合理地设计定子结构能够减小转子涡流损耗.     

核电汽轮发电机负序运行转子槽楔涡流损耗研究

为了研究发电机不同工况下转子槽楔涡流损耗,以1407MVA大型核用半速汽轮发电机为例,通过建立该发电机二维电磁场数学模型,基于时步有限元法计算发电机由负载不对称引起稳态负序运行时转子槽楔上感生的涡流损耗。建立动态分析的场—路耦合时步有限元模型,分别计算当发电机外部发生单相短路、相间短路、两相接地短路故障后瞬间和故障稳定后的转子槽楔涡流损耗,得到不同外部短路故障下转子不同位置的槽楔暂态和稳态涡流损耗分布。对比研究了发电机额定运行和空载运行时外部短路故障后槽楔涡流损耗的变化规律。分析结果表明外部短路故障后,负序电流会使发电机转子槽楔产生涡流损耗,威胁着发电机的安全运行,其中单相短路故障影响最为严重。     

飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗

为了减小高速永磁电机中由定子电流的时间谐波、定子磁动势的空间谐波以及定子槽开口造成的气隙磁导变化引起的转子涡流损耗,提高电机的效率,采用ANSOFT有限元软件分析了高速永磁电机中气隙磁场和定子电流.研究了槽开口大小以及气隙长度对转子涡流损耗的影响,分析了利用涡流磁场的屏蔽作用,提出在永磁体外增加一薄层非导磁金属屏蔽环来减小转子铁心、永磁体和护套损耗的机理和有效性,以及屏蔽环的电导率和厚度对转子涡流损耗的影响.结果表明：在合理选取槽开口大小、气隙长度和非导磁金属屏蔽环电导率和厚度的情况下,添加非导磁金属屏蔽环可以有效地减小转子涡流损耗.     

永磁同步电机转子永磁体内涡流损耗密度的计算

针对钕铁硼永磁材料提出了一个计算永磁同步电机转子永磁体内涡流损耗密度的公式.通过三维电磁场有限元方法，求解了电机内的磁场并计算出了永磁体内的涡流损耗，验证了公式的正确性.在分析计算中考虑了电机复杂三维结构的特点，同时根据对称性，取电机的一个极范围作为分析的简化模型.为了能很好地分析和画出精确的涡流波形，对每一个周期取100个时间子步作瞬态分析，并且在划分有限元单元时考虑了磁场的透入深度.最后根据计算结果的比较得出影响永磁体内涡流损耗的因素.     

涡流对断路器方形永磁机构特性的影响

由于高压断路器永磁机构工作时间短、动作速度快,工作时会在动静铁芯中产生涡流,为了分析其对机构特性的影响,采用耦合法对永磁机构的瞬态磁场进行分析,并研究了电压激励下的瞬态磁场,推导出考虑涡流影响的非线性瞬态磁场数学模型.运用有限元分析软件Ansoft对方形永磁机构进行仿真,分析涡流对其特性的影响,并对其损耗进行计算分析.分析结果表明,由于涡流的影响使永磁机构的动作时间增长,在永磁机构动作过程中,动铁芯的涡流损耗很大.     

磁损耗分离技术的实验研究

为了研究磁损耗分离技术,首先研制了用于磁损耗分离技术的多频功率电源,根据磁滞损耗和涡流损耗与频率的关系,实现了对贴近工程实际的模型－ＴＥＡＭ２１基准问题的磁损耗分离,并将实验结果和计算结果进行了比较,为国内外磁损耗算法的研究者进一步提供了实验数据。     

大型单相电力变压器结构件三维漏磁场计算

为了获得油箱等结构件中涡流损耗的准确结果,通常采用网格加密方法,但这会引起计算规模的扩大,使得有限的计算机资源无法实现实际的仿真计算.以500kV单相电力变压器产品为算例,完成了三维漏磁场和涡流损耗的准确计算.讨论了金属结构件“大尺度差别”问题的合理剖分方法,重点研究了在金属结构件透入深度范围内进行分层剖分生成网格的方法,并将涡流损耗的仿真计算值与试验实测值进行了对比验证.计算结果表明,随着剖分层数的增加,涡流损耗的计算结果将趋于稳定,在计算规模和求解精度之间寻求折中方案,建议对透入深度小于1mm的油箱分层数不应小于4.